Муфты

Приводы и трансмиссии состоят из ряда последовательно или параллельно соединенных механизмов. Трансмиссия – устройство для передачи вращения от двигателя к потребителю. Обычно трансмиссией является силовая передача для соединения нескольких потребителей с одним двигателем. Кинематическая и силовая связь между отдельными механизмами осуществляется муфтами. Муфты – устройства для соединения валов и передачи вращающего момента без изменения угловой скорости Как правило, оси соединяемых валов имеют различные отклонения, вызванные погрешностями монтажа, деформациями валов от эксплуатационных нагрузок, тепловыхвоздействий. Смещения могут быть осевые , радиальные и угловые а (рис. 4.106). Муфты могут также в определенной степени компенсировать погрешности расположения осей валов, являться демпферами крутильных колебаний, обеспечивать плав ный пуск и останов механизма, предохранять механизмы от перегрузок и т.д. К муфтам предъявляют следующие требования: минимальные деформации и напряжения в соединяемых ими валах и опорах: минимальные потери мощности; повышенная надежность.

Рис. 4.106

По конструкции, назначению и принципу действия муфты весьма разнообразны. По принципу действия они делятся на механические, электрические и гидравлические; по признаку управляемости – на неуправляемые (не допускают рассоединения валов в процессе работы); управляемые (позволяют принудительно соединять и рассоединять ведущий и ведомый валы в процессе работы); самоуправляемые (автоматически рассоединяют валы при изменении заданного режима работы); прочие (например, комбинированные, состоящие из неуправляемой и управляемой или самоуправляемой муфт).

Большинство муфт, применяемых в общем машиностроении, стандартизировано. Основной характеристикой стандартной муфты является расчетный крутящий момент , где – соответственно расчетный и номинальный крутящие моменты;.– коэффициент безопасности; – коэффициент режима работы. Значения принимают в зависимости от последствий, к которым приводитполомка муфты; при равномерной нагрузке, при ударной нагрузке.

Неуправляемые муфты

Неуправляемые муфты по характеру соединения валов разделяются на глухие – для постоянного соединения строго соосных валов; компенсирующие– для соединения валов с незначительными взаимными смещениями и перекосами осей, вызванными погрешностями изготовления и монтажа; упругие – для предохранения от динамических нагрузок.

Глухие муфты. Наиболее просты конструкции втулочных (рис. 4.107, а, б) и фланцевых (рис. 4.107, в) глухих муфт. Они допускают радиальное смещение осей валов δr не более 0,05 мм. Глухие муфты помимо крутящего передают изгибающие моменты, а также поперечные и осевые усилия. Для разгрузки муфт от действия изгибающего момента их располагают вблизи опор. C помощью втулочных и фланцевых муфт соединяют тихоходные валы.

Втулочная муфта. Она представляет собой втулку, соединяющую ведущий и ведомый валы. Передача момента осуществляется с помощью цилиндрических (см. рис. 4.107a) или конических штифтов, шпонок (см. рис. 4.107, б) или шлицев. При шпоночном или шлицевом соединении осевая фиксация втулочной муфты осуществляется стопорными винтами.

Рис. 4.107

Достоинства: простота конструкции, малые габаритные размеры и масса.

Недостатки: сложность монтажа, поскольку при сборке необходимо смещать валы в осевом направлении и обеспечивать посадки с натягом втулки па вал.

Размеры муфты выбирают в зависимости от диаметра вала а затем уточняют расчетом. Расчет муфты осуществляют по методикам расчета на прочность соответствующих соединений вала со ступицей. Применяют втулочные муфты для соединения валов диаметром до 70 мм.

Фланцевая муфта. На рис. 4.107, в приведена фланцевая поперечно-свертная муфта. Она состоит из двух полумуфт 2 и 4, плоскость стыка которых перпендикулярна к оси вала. Такого типа муфты являются основными для жесткого соединения валов. Полумуфты соединяются болтами. При установке призонных болтов 3 (поставленных в отверстие без зазора) моментпередается болтами, которые рассчитывают на срез:

где– диаметр стержня болта;– число болтов;– допускаемые напряжения среза.

При установке болтов 1 в отверстия фланцев с зазором центрирование полумуфт осуществляется по специальным пояскам. Момент между валами передается силами трения, для чего требуется предварительная затяжка. Усилие затяжки болтов определяется из условия передачи крутящего момента силами трения на поверхности контакта фланцев:

где– коэффициент запаса сцепления;– средний диаметр кольцевой поверхности трения, равный примерно– коэффициент трения. Болты на прочность рассчитывают по найденному усилию затяжки.

Муфты с призонными болтами передают большие вращающие моменты и являются предпочтительными.

Размеры фланцевой муфты: Допускаемая окружная скорость м/с.

Компенсирующие муфты. При взаимном смещении и перекосе осей валов применяют компенсирующие муфты. Для компенсации незначительных осевых, радиальных и угловых смещений используют поводковую (рис. 4.108, а), зубчатую (рис. 4.108, 6) и кулачково-дисковую (рис. 4.108, в) муфты. Соединение валов с большой угловой несоосностью (30–45°) осуществляют шарнирными муфтами (рис. 4.108,г).

Поводковая муфта (см. рис. 4.108, а). Ее применяют в кинематических механизмах приборного типа при незначительной несоосности валов. Передача момента осуществляется пальцем 1, закрепленным на одной полумуфте и входящим в радиальный паз другой полумуфты. Для облегчения монтажа соединения палец закрепляется на плоской пружине 2, соединенной с одной из иолумуфт. Диаметр пальца в зависимости от величины Tp принимают равным 3–8 мм. Поводковая муфта позволяет компенсировать радиальную погрешность установки валов до 5 мм. Осевой зазор между полумуфтами 0,5–2 мм.

Зубчатая муфта. В передачах большой и средней мощности широко используют компактную зубчатую муфту (см. рис. 4.108, б) с большим числом одновременно работающих зубьев, стабильными техническими характеристиками, обладающую высокими прочностью и жесткостью. Муфта состоит из двух обойм 1 (ем. рис. 4.108, б) с внутренними зубьями, находящимися в зацеплении с двумя зубчатыми втулками 2 с наружными зубьями. Поверхности наружных зубьев на окружности выступов сферические. Компенсация смещений валов достигается перекосом втулок относитель-

Рис. 4.108

но обоймы за счет боковых зазоров и сферической поверхности наружных зубьев. Зубья делают эвольвентного профиля с углом зацепленияи высотой головки зуба и. Твердость рабочих поверхностей не менее 40 IIRC. Центрирование полумуфт осуществляют по наружному диаметру сферических зубьев или по специальным центрирующим поверхностям, обеспечивающим перекос полумуфт. При расчете зубьев муфт учитывают условия работы. Например, при изменении угла перекоса от 0 донапряжения смятия увеличиваются в 3 раза. В связи с этим максимальные радиальные и угловые смещения валов должны быть такими, при которых углы между втулкой и обоймой в каждом зацеплении не превышают 1°30'. Долговечность зубчатых муфт ограничивается износом зубьев. Износостойкость повышают применением жидких смазочных материалов с принудительной подачей их в зону контакта зубьев.

Стандартные зубчатые муфты применяют для валов диаметром 40–200 мм и передачи вращающих моментов в диапазоне 1000–63 000 Н м при окружной скорости на зубьях v < 25 м/с.

Кулачково-дисковая муфта (см. рис. 4.108, в). Она предназначена для соединения валов со значительным радиальным смещением (не более 0,04d, где d – диаметр вала), допускает также незначительные угловые (до 30) и осевые смещения. Муфта состоит из двух иолумуфт и промежуточного диска с кулачками, расположенными крестообразно и входящими в соответствующие пазы на полумуфтах. Стандартные муфты применяют для валов диаметром 16–150 мм и передачи вращающих моментов 16–16 000 Н • м. Критерием работоспособности этой муфты является износостойкость рабочих граней.

Шарнирная муфта (см. рис. 4.108, г). Такая муфта состоит из двух вильчатых втулок 1 и крестовины 2, шарнирно соединенной с концами вилок. Технологически они более сложны и применяются только при больших (до 45°) угловых смещениях валов. Недостатком их является неравномерное вращение ведомого вала при равномерном вращении ведущего. Синхронность вращения можно обеспечить установкой сдвоенных шарнирных муфт с промежуточным валом. В зависимости от размеров муфты величина передаваемого момента находится в диапазоне 10–3• 106 Н м. Критерием работоспособности шарнирных муфт является величина давления в шарнирах. Наибольшие допускаемые давления для сталей с высокой поверхностной твердостью составляют 35–40 МПа.

Упругие муфты. В конструкцию таких муфт включены упругие элементы, предназначенные для защиты от крутильных колебаний и динамических нагрузок, для обеспечения угловых, осевых или радиальных смещений соединяемых валов и для предупреждения поломок. Основная характеристика упругой муфты – ее жесткость – зависимость угла поворота от величины крутящего момента. Различают муфты с постоянной и переменной жесткостью. Последние применяют в механизмах с опасными крутильными колебаниями. В качестве упругого элемента здесь используют неметаллические вкладыши (резину) и металлические пружины, пластины или пакеты пластин. Упругие элементы из резины или полиуретана (эластомеры) могут поглощать в 10 раз большее количество энергии на единицу массы, чем пружиннаясталь, и обладать значительной демпфирующей способностью. Муфты с упругими элементами из эластомеров более технологичны, однако имеют меньшие ресурсы, чем муфты со стальными упругими элементами. Поэтому их применяют в основном для передачи средних и малых моментов.

По конструктивному исполнению упругие муфты весьма многообразны. Рассмотрим некоторые из них.

Муфта с упругим элементом в виде тороидальной оболочки (рис. 4.109, а) может компенсировать значительные погрешности монтажа валов. В зависимости от размера муфт предельно допустимые смещения валов составляют: радиальные 1–5 мм, осевые 2–6 мм, угловые 1,5–2°. Муфта состоит из двух полумуфт с упругим элементом в виде выпуклой оболочки, работающей на кручение, и фланцев, зажимающих оболочку. Для повышения нагрузочной способности оболоч-

Рис. 4.109

ки обычно армируют кордом. Недостатком муфты являются центробежные силы, которые при высоких частотах вращения создают дополнительные нагрузки па опоры вата. Существуют муфты с торовой оболочкой вогнутого профиля, кот орые имеют меньшие габаритные размеры. На оболочку такой муфты действуют меньшие центробежные силы, и, следовательно, меньшие дополнительные нагрузки приходят на опоры валов.

Используется для валов диаметром 14–200 мм и передачи вращающих моментов 20–25 000 H ∙ м.

Втулочно-пальцевая муфта (рис. 4.109, 6). Передача вращающего момента осуществляется пальцами 1, закрепленными на фланце полумуфты ведущего вата. На пальцах напрессованы резиновые втулки 2, входящие в отверстие на фланце полумуфты ведомого вала. В зависимости от размеров муфты и передаваемого момента число пальцев может быть 4–10. Такие муфты просты в изготовлении и монтаже, в них удобно производить замену резиновых блоков. Стандартные муфты применяют для диаметров валов 10–160 мм и передачи моментов 63–16 000 Н м. Они позволяют компенсировать осевые смещения 1–5 мм и радиальные до 0,1 мм на 100 мм диаметра муфты. Работают резиновые втулки на сжатие. Рассчитывают муфты по допускаемым давлениям между пальцами и резиновыми втулками, в предположении равномерного распределения момента между пальцами:

где – вращающий момент, H ∙ м; – число пальцев; – диаметр пальцев под упругим элементом; l – длина втулки;

– диаметр окружности расположения центров пальцев. Допускаемое давление для резиновых втулок МПа. Пальцы муфт рассчитывают на изгиб с допускаемыми напряжениями .